EP1580783B1

EP1580783B1 - Dispositif de commande pour l'actionnement coordonné d'au moins deux appareils de commutation dont un est à coupure le vide

Info

Publication number: EP1580783B1
Application number: EP05102321A
Authority: EP
Inventors: Michel Perret
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: CN1722332A; FR2868197A1; US20050247677A1; FR2868197B1; EP1580783A1; JP4754854B2; CN100383906C; US7563161B2; JP2005276839A

Description

DESCRIPTION

L'invention se rapporte à un dispositif de commande pour l'actionnement coordonné d'au moins deux appareils de commutation électriquement reliés en série pour constituer un ensemble de commutation dont un premier appareil de commutation dans le vide comporte une paire de contacts séparables pour la commutation entre une position de fermeture et une position d'ouverture. Le dispositif de commande comporte un arbre principal de manoeuvre pour actionner un second appareil de commutation immergé dans un fluide isolant gazeux contenu dans un certain volume à une pression déterminée, et comporte en outre un arbre auxiliaire apte à être déplacé par des moyens de couplage pour permettre la manoeuvre d'un contact mobile du premier appareil de commutation lors d'un déplacement de l'arbre principal, le contact mobile étant maintenu en appui contre l'autre contact dans la position de fermeture du premier appareil par une force prévue pour produire une pression de contact supérieure à une valeur déterminée. Il est en effet bien connu qu'une certaine pression de contact est généralement nécessaire lorsque un interrupteur à vide est fermé, afin d'empêcher les contacts de se séparer sous l'effet des forces de répulsion électrodynamiques en particulier si un courant de court-circuit parcourt l'interrupteur.
Un dispositif de ce genre est connu notamment du document de brevet WO9708723 . Le dispositif de commande pour l'actionnement d'un disjoncteur hybride haute tension comporte un arbre principal de manoeuvre pour actionner un interrupteur à gaz isolant diélectrique tel que du SF₆. Ce disjoncteur hybride est à isolation dans l'air, puisque la chambre de coupure de l'interrupteur à gaz est contenue dans une enveloppe isolante qui présente des ailettes sur sa surface externe. L'arbre principal de manoeuvre est contenu dans un compartiment délimité par un carter, qui communique avec un autre compartiment délimité par l'enveloppe isolante de l'interrupteur à gaz pour permettre de relier l'arbre principal avec le contact mobile de l'interrupteur. Ce carter est dimensionné pour contenir un interrupteur à vide dont le contact fixe est relié à une de ses parois. Le carter constitue donc un pôle du disjoncteur hybride haute tension.
Une borne de raccordement de ce pôle du disjoncteur hybride est fixée au carter en étant intercalée entre les deux compartiments, de telle sorte que le courant permanent dans le disjoncteur ne transite pas par l'interrupteur à vide qui a pour fonction de supporter la tension transitoire de rétablissement lors d'une interruption du courant. Le contact mobile de l'interrupteur à vide est électriquement relié au contact mobile de l'interrupteur à gaz par une tresse de liaison, et est actionné par un arbre auxiliaire qui comprend des moyens à ressort pour produire une pression de contact suffisante lorsque l'interrupteur à vide est fermé. Cet arbre auxiliaire est perpendiculaire à l'arbre principal et y est couplé par un levier en forme d'équerre qui pivote autour d'un axe fixé au carter, ce qui permet d'effectuer un renvoi de mouvement sensiblement à 90°.
L'interrupteur à vide est soumis à la pression du gaz isolant diélectrique qui remplit les deux compartiments. Du fait qu'une pression quasiment nulle règne dans la chambre étanche de l'interrupteur à vide aussi appelé ampoule à vide, cette chambre doit être prévue pour supporter les efforts de pression du gaz extérieur qui peuvent être particulièrement intenses notamment sur la paroi cylindrique isolante ainsi que le soufflet métallique de l'ampoule à vide. Si la pression du gaz isolant doit être relativement élevée, généralement supérieure à cinq bars en cas d'utilisation d'un mélange gazeux avec une proportion d'azote supérieure à 80% comme connu de l'état de la technique, ou encore en utilisant de l'azote pur, il est possible d'utiliser une ampoule à vide dont la structure de la chambre étanche est conçue pour résister à cette pression, mais ce type d'interrupteur à vide est encore rare et particulièrement coûteux. Il est aussi possible de prévoir un renforcement protecteur autour de l'interrupteur à vide, comme connu du document de brevet japonais JP 20003045300 qui décrit la réalisation d'un moulage en résine autour d'une ampoule à vide destinée à être immergée dans un milieu d'azote pur sous une pression de plusieurs bars. Cette solution est encore coûteuse à mettre en oeuvre, et il reste difficile d'éviter qu'une pression trop élevée de gaz isolant soit appliquée notamment sur le soufflet métallique de l'ampoule au risque de le déformer ou de le rompre.
Il est par ailleurs connu de la demande de brevet en Europe EP 1 310 970 un autre dispositif de ce genre, qui utilise des moyens de couplage différents pour permettre la manoeuvre du contact mobile de l'interrupteur à vide par un arbre auxiliaire couplé à l'arbre principal. En outre, les deux appareils de commutation (non représentés dans ce document de brevet) sont électriquement reliés en série par l'intermédiaire notamment d'un carter qui renferme les moyens de couplage et qui communique avec la chambre de coupure de l'interrupteur à gaz. De ce fait, le courant permanent dans le disjoncteur hybride transite par l'interrupteur à vide. L'arbre auxiliaire comprend des moyens élastiques tels que par exemple un arrangement de ressorts à disques ou rondelles Belleville pour produire une pression de contact suffisante lorsque l'interrupteur à vide est fermé. Ces moyens élastiques sont logés à l'intérieur d'un organe de butée ayant sensiblement la forme d'une douille dont le fond est percé pour être traversé par l'arbre auxiliaire. Cet organe de butée est fermement inséré à l'intérieur d'une bride qui est raccordée au carter et qui participe à la liaison électrique en série des deux appareils de commutation. Lors d'une ouverture de l'interrupteur à vide, les moyens élastiques se déforment en étant maintenus entre le fond de la douille et un collier solidaire d'une tige de l'arbre auxiliaire. La distance libre entre ce collier et un épaulement de la douille détermine la course restante pour le contact mobile de l'interrupteur à vide jusqu'à l'ouverture complète de l'interrupteur.
L'interrupteur à vide est situé dans un compartiment adjacent au compartiment délimité par le carter. Les deux compartiments adjacents communiquent par l'espace intérieur de l'organe de butée, même si le passage pour le gaz isolant à travers l'arrangement de ressorts précité est relativement étroit. De ce fait si la pression du gaz isolant dans la chambre de coupure de l'interrupteur à gaz doit être relativement élevée, le compartiment de l'interrupteur à vide sera inévitablement soumis à une pression identique ou quasiment égale. Le problème de résistance à la pression pour la chambre étanche de l'interrupteur à vide peut donc aussi se poser avec un tel dispositif disjoncteur hybride.
D'autre part, des moyens élastiques tels que des rondelles pour produire la pression de contact dans l'interrupteur à vide ne permettent pas d'obtenir une course importante pour le contact mobile de l'interrupteur. Typiquement, des rondelles élastiques autorisent une course maximale de l'ordre du centimètre. Or, les disjoncteurs hybrides haute tension seront amenés à répondre à des gammes de tensions de plus en plus élevées, ce qui nécessitera d'adopter des interrupteurs à vide avec un écartement des contacts de plus en plus important, typiquement supérieur à deux centimètres. Il semble dans ce cas difficile de pouvoir continuer à utiliser des rondelles ou ressorts à disques dans le dispositif de commande d'un interrupteur à vide, car l'écartement maximal des contacts de cet interrupteur serait alors limité par les caractéristiques des ces moyens élastiques de pression de contact indépendamment des caractéristiques intrinsèques de l'interrupteur. On peut rappeler à ce sujet que la course maximale intrinsèquement autorisée pour le contact mobile d'un interrupteur à vide dépend généralement des limites d'élasticité du soufflet métallique d'étanchéité de l'interrupteur.
L'adoption de ressorts hélicoïdaux classiques peut permettre d'obtenir le débattement souhaité pour le contact mobile de l'interrupteur à vide. Mais du fait que la pression de contact est classiquement assurée intégralement par un ressort mécanique, les dimensions et la masse en mouvement du dispositif de pression de contact à ressort doivent inévitablement augmenter avec l'intensité maximale de court-circuit autorisée par l'interrupteur.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Un premier but de l'invention est de permettre d'augmenter la pression de gaz isolant dans un commutateur à gaz d'un ensemble de commutation, et notamment d'un ensemble de commutation à coupure hybride, sans que ceci nécessite d'augmenter la protection de l'interrupteur à vide contre la pression du gaz qui entoure sa chambre étanche en particulier au niveau du soufflet métallique d'étanchéité. Un second but de l'invention est de proposer un dispositif de commande pour un ensemble de commutation comprenant un interrupteur à vide, qui permette éventuellement de se passer d'un agencement élastique mécanique pour produire la pression de contact dans l'interrupteur ou qui permette au moins qu'un tel agencement élastique n'ait pas à produire à lui seul l'essentiel de la pression de contact nécessaire à l'interrupteur pour transiter un courant de court-circuit. Enfin, un but annexe est de permettre au contact mobile de l'interrupteur à vide d'être manoeuvré sur toute la course intrinsèquement autorisée pour l'interrupteur.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande tel que défini précédemment, caractérisé en ce que l'arbre auxiliaire traverse avec étanchéité une paroi qui sépare le volume de fluide isolant gazeux d'un autre volume de fluide à une pression inférieure, la différence des pressions respectives des deux fluides procurant une certaine force qui est appliquée sur l'arbre auxiliaire et qui participe à la force de pression de contact.
Selon un premier mode de réalisation avantageux, une partie de l'arbre auxiliaire est constituée d'un piston apte à être déplacé à l'intérieur d'un alésage formé par une pièce qui est montée de façon étanche sur une ouverture de la paroi, des moyens d'étanchéité au gaz isolant étant agencés entre le piston et l'alésage. Préférablement, la paroi et l'alésage constituent un assemblage conducteur électriquement relié à un pôle du second appareil de commutation, le piston comporte au moins une partie conductrice électriquement raccordée au contact mobile du premier appareil de commutation, et des contacts glissants sont disposés entre l'alésage et la partie conductrice du piston. La paroi peut être constituée par une face d'un carter qui renferme au moins une partie du volume de fluide isolant gazeux et dans lequel sont disposés les moyens de couplage.
Si l'ensemble de commutation est destiné à être utilisé comme appareillage à isolation dans l'air, le carter est de préférence ouvert sur un côté qui est assemblé de façon étanche avec une extrémité d'une enveloppe isolante assurant l'isolation dans l'air entre les deux pôles du second appareil de commutation. Le carter est alors disposé directement dans l'air, et a un rôle d'étanchéité entre le gaz isolant du second appareil et l'air extérieur.
Si par contre l'ensemble de commutation est destiné à être utilisé comme appareillage de type blindé sous enveloppe métallique, le carter a alors un rôle de support mécanique et non plus d'étanchéité puisque l'enveloppe métallique de l'appareillage est nécessairement étanche entre le volume de fluide isolant gazeux et l'air extérieur.
Selon un second mode de réalisation, la paroi est scellée à une plaque conductrice électriquement relié à un pôle du second appareil de commutation et présente une zone flexible au centre de laquelle est prévue une ouverture qui est traversée avec étanchéité par l'arbre auxiliaire. La zone flexible de la paroi constitue alors un soufflet d'étanchéité qui a un rôle mécanique de production d'une force de pression différentielle. Préférablement, l'arbre auxiliaire comprend une partie sous la forme d'un piston de guidage apte à être déplacé avec contact électrique à l'intérieur d'un alésage électriquement reliée à la plaque conductrice.
Dans les deux modes de réalisation précités, les moyens de couplage peuvent comprendre des moyens mécaniques de compression élastique aptes à exercer une force résultante sur l'arbre auxiliaire pour participer à la force de pression de contact en complément de la force procurée par la différence des pressions respectives des deux fluides isolants
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages, sont précisés dans la description qui suit, en référence aux dessins annexés qui en illustrent certaines formes de réalisation à titre d'exemples non limitatifs.
La figure 1 représente schématiquement un dispositif de commande selon l'invention, appliqué à un ensemble de coupure et de déconnexion connu en soi et représenté en position fermée de passage du courant.
La figure 2 représente schématiquement le dispositif de commande de la figure 1 en position ouverte d'interruption du courant par l'ensemble de commutation.
La figure 3 représente schématiquement un dispositif de commande selon l'invention, appliqué à un ensemble de commutation à coupure hybride dans lequel l'appareil de commutation dans le vide est disposé de façon sensiblement perpendiculaire à l'axe principal de l'appareil de commutation dans le gaz.
La figure 4 représente schématiquement le dispositif de commande de la figure 3 dans la position d'ouverture de l'ensemble de commutation.
La figure 5 représente schématiquement un dispositif de commande analogue à celui de la figure 3, dans lequel est prévue la possibilité d'une refermeture de l'appareil de commutation dans le vide après la fin de la fonction disjoncteur assurée par l'appareil de commutation dans le gaz.
La figure 6 représente schématiquement un dispositif de commande analogue à celui de la figure 5, dans une application pour un ensemble de commutation blindé.
La figure 7 représente schématiquement un autre dispositif de commande selon l'invention, dans lequel les moyens de couplage entre l'arbre principal et l'arbre auxiliaire permettent un résultat analogue à celui procuré par le dispositif de commande de la figure 3, et dans lequel une évacuation de sécurité est prévue en cas de fuite au niveau des moyens d'étanchéité au fluide isolant gazeux.
Les figures 7a et 7b représentent très schématiquement le principe de manoeuvre du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide grâce à la came tournante des moyens de couplage représentés sur la figure 7.
La figure 8 représente schématiquement le dispositif de commande de la figure 3 auquel sont ajoutés des moyens élastiques pour renforcer la pression de contact en position fermée de passage du courant dans l'ensemble de commutation.
La figure 9 représente schématiquement une amélioration du mécanisme d'actionnement du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide tel que représenté sur la figure 3, permettant d'augmenter la pression de contact dans cet appareil sans augmenter l'énergie de manoeuvre nécessaire pour un dispositif de commande selon l'invention.
La figure 9a est un agrandissement du mécanisme d'actionnement amélioré qui est représenté sur la figure 9 en position de fermeture de l'ensemble de commutation.
La figure 9b représente schématiquement le mécanisme d'actionnement de la figure 9a en position d'ouverture de l'ensemble de commutation.
La figure 9c représente schématiquement un autre mécanisme d'actionnement amélioré du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide, permettant un résultat analogue à celui procuré par le mécanisme d'actionnement de la figure 9.
La figure 9d représente schématiquement un autre mécanisme d'actionnement amélioré du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide.
La figure 10 représente schématiquement une alternative de réalisation des moyens d'étanchéité au fluide isolant gazeux dont la pression est utilisée pour le fonctionnement d'un dispositif de commande selon l'invention.
La figure 11 représente schématiquement une variante de réalisation du dispositif de commande représenté sur la figure 10, qui comporte un espace de sécurité à la pression atmosphérique fonctionnant sur le principe de sécurité utilisé dans le dispositif de commande de la figure 7.
Le dispositif de commande selon l'invention qui est représenté schématiquement sur la figure 1 est appliqué à un ensemble de commutation, et plus précisément un ensemble de coupure et de déconnexion, tel que connu notamment du document de brevet WO 0074095 Al . Il est décrit dans ce document un mécanisme de manoeuvre pour l'actionnement combiné de deux appareils de commutation électriquement reliés en série, avec un premier appareil de commutation dans le vide et un second appareil de commutation constitué d'un sectionneur à couteau pivotant disposé dans l'air pour assurer une fonction de déconnexion après la coupure du courant par le premier appareil. La tige de manoeuvre du contact mobile de l'interrupteur à vide peut être actionnée en translation grâce à une came pivotante apte à appuyer contre un épaulement solidaire de la tige à son extrémité. Le mécanisme pour assurer la pression de contact n'est pas décrit dans ce document, mais un mécanisme classique à ressort et/ou par commande électromagnétique peut être utilisé. La bielle de manoeuvre du couteau pivotant est articulée sur un levier solidaire en rotation de la came, de même que l'arbre principal de manoeuvre est articulé sur un autre levier pour entraîner la came en rotation.
Ainsi, un mouvement de l'arbre principal de manoeuvre permet d'actionner les deux appareils de commutation de façon coordonnée, ce qui permet aux contacts mobiles respectifs de ces appareils d'avoir des mouvements qui suivent une séquence temporelle déterminée. Le profil de la came permet ici de séparer rapidement les contacts de l'interrupteur à vide avant que la rotation de la came soit suffisante pour séparer le couteau pivotant du contact fixe du sectionneur, ce qui correspond à une séquence normale pour un tel ensemble de coupure et de déconnexion.
L'ensemble de coupure et de déconnexion représenté sur la figure 1 est similaire sur beaucoup de points avec celui décrit dans le brevet WO 0074095 Al . La première modification selon l'invention pour cet état de la technique consiste à prévoir une enceinte remplie d'un fluide isolant gazeux G₂ sous une pression P₂ et dans le volume V₂ de laquelle sont logés l'appareil 10 de déconnexion et une grande partie du dispositif de commande. Cette enceinte comprend un carter métallique 7 qui est électriquement relié au couteau pivotant 15 du sectionneur 10 et qui est ouvert du côté du sectionneur 10 pour être assemblé de façon étanche avec une extrémité d'une enveloppe isolante 18. Le fait d'avoir le sectionneur disposé dans un milieu gazeux sous pression qui possède de meilleures propriétés d'isolation diélectrique que l'air ambiant permet d'augmenter la tenue diélectrique du sectionneur en position d'ouverture, ou encore de diminuer les dimensions du sectionneur sans diminuer sa tenue diélectrique.
Le carter 7 constitue un des deux pôles du sectionneur, et l'enveloppe isolante 18 assure l'isolation dans l'air entre le carter et l'autre pôle qui supporte le contact fixe 16 du sectionneur. Il est disposé directement dans l'air, et a un rôle d'étanchéité entre le gaz isolant G₂ et l'air. L'arbre principal 2 de manoeuvre comprend une partie déplaçable en translation qui traverse le carter de façon étanche pour être reliée à un mécanisme de commande non représenté. De même que dans le dispositif de WO 0074095 , des moyens de couplage 3 comprennent une came pivotante 14 solidaire d'un levier sur lequel est articulé une bielle 12 de manoeuvre du couteau pivotant 15. Ces moyens 3 permettent de coupler les mouvements respectifs de l'arbre principal 2 et de l'arbre auxiliaire 4 qui fait office de tige de manoeuvre du contact mobile 5 de l'interrupteur à vide 1. Ce contact 5 est représenté en position fermée de passage du courant, et est en appui contre le contact fixe 6 de l'interrupteur à vide pour assurer la pression de contact nécessaire.
L'arbre auxiliaire 4 comporte ici un piston 4A qui traverse avec étanchéité une paroi 7A du carter 7 et qui est apte à être déplacé à l'intérieur d'un alésage 8 formé par une pièce qui est montée de façon étanche sur une ouverture de ladite paroi 7A. Des moyens d'étanchéité 17 au gaz isolant G2, réalisés par un joint torique, sont agencés entre le piston et l'alésage 8. Le piston 4A comporte au moins une partie 4A2 électriquement conductrice qui est assemblée en contact électrique avec le contact mobile 5 de l'interrupteur à vide. Lors du déplacement du piston 4A, la partie 4A2 du piston reste aussi en contact électrique avec l'alésage 8 grâce à des contacts glissants comme par exemple des contacts toriques à ressort connus en soi.
L'alésage 8 débouche à l'extérieur du carter 7 sur un volume V₁ rempli d'un fluide G₁ maintenu à une pression P₁ inférieure à la pression P₂ du fluide isolant gazeux G₂ dans le carter. Le fluide G₁ peut être un gaz isolant, de même nature ou différent de G₂, ou encore un liquide ou un gel diélectrique, ou encore un petit volume d'air ou d'un autre gaz à la pression P₁ sans propriétés diélectriques particulières et prévu adjacent à un volume de solide ou de gel diélectrique qui entoure la chambre étanche de l'interrupteur à vide pour assurer l'isolation diélectrique entre les deux pôles de l'interrupteur. Sur la figure 1, le fluide G₁ représenté est un gaz isolant contenu dans une enveloppe isolante rigide 11 fixée avec étanchéité contre le carter 7 autour de son alésage 8.
La différence entre la pression P₂ du gaz G₂ à l'intérieur du carter 7 et la pression P₁ du gaz G₁ à l'intérieur de l'enveloppe étanche 11 applique sur le piston 4A une force de pression différentielle Fp qui est le produit de la valeur P₂-P₁ et de la section du piston dans l'alésage 8. En fonction de ces paramètres, la force de pression différentielle Fp peut être prévue pour assurer la force de pression de contact nécessaire pour maintenir les contacts 5 et 6 de l'interrupteur à vide 1 en appui l'un contre l'autre même si un courant de court-circuit parcourt l'interrupteur. Il faut en outre noter que la force totale de pression différentielle qui s'exerce sur le contact mobile 5 de l'interrupteur à vide 1 est en réalité la somme de la force de pression différentielle Fp définie ci-dessus et de la force de pression du gaz G₁ qui s'exerce sur le soufflet métallique 19 d'étanchéité de l'interrupteur à vide, du fait que ce soufflet réalise une séparation mobile entre le vide dans la chambre étanche de l'interrupteur et le gaz G₁ autour de cette chambre. Dans ce qui suit, la force de pression de contact F_c est définie comme la force à exercer sur le contact mobile 5 de l'interrupteur à vide en supplément de la force de pression du gaz G₁ qui s'exerce sur le soufflet d'étanchéité de l'interrupteur, afin de maintenir les contacts de l'interrupteur en appui l'un contre l'autre dans des conditions de courant spécifiées.
Sur la figure 2, le dispositif de commande de la figure 1 est représenté schématiquement en position ouverte d'interruption du courant par l'ensemble de commutation. La partie du sectionneur à couteau pivotant n'est pas représentée, mais on comprendra de par la position de la bielle 12 de manoeuvre du couteau pivotant du sectionneur que ce couteau est ouvert. Le mouvement de l'arbre principal 2 vers le bas de la figure, entraîné par un dispositif de commande non représenté, provoque la rotation de la came pivotante 14 dont le profil est prévu pour appuyer contre l'épaulement 4B de l'arbre auxiliaire 4 dès le début de la rotation. La force d'appui de la came 14 contre l'épaulement 4B est prévue suffisante pour dépasser la force de pression différentielle Fp qui reste sensiblement constante sur toute la course du piston 4A. En fin de course du piston, comme représenté sur la figure, les contacts 5 et 6 de l'interrupteur à vide sont séparés avec un écartement prévu pour ne pas excéder les limites d'élasticité du soufflet métallique 19 de cet interrupteur.
Sur la figure 3, un dispositif de commande selon l'invention est représenté schématiquement dans une application pour un ensemble de commutation appelé disjoncteur à coupure hybride ou encore disjoncteur hybride, qui associe l'appareil de commutation dans le vide à un appareil de commutation à coupure dans un gaz. Dans ce qui suit, ces deux appareils de commutation sont appelés respectivement interrupteur à vide et interrupteur à gaz. L'interrupteur à gaz 10, non représenté à gauche de la figure, possède typiquement un équipage de contacts mobiles comprenant un contact d'arc mobile apte à être manoeuvré en translation par l'arbre principal 2 de manoeuvre du disjoncteur hybride. Cet arbre principal est relié de façon classique par une bielle isolante à un mécanisme de commande non représenté à droite de la figure. La position de l'arbre 2 correspond ici à l'état fermé du disjoncteur hybride, c'est à dire l'état de passage d'un courant permanent dans le disjoncteur. L'interrupteur à vide 1 et l'axe de translation de l'arbre auxiliaire 4 sont disposés selon une même direction Y sensiblement perpendiculaire à la direction de l'axe de translation X de l'arbre principal 2, mais il est envisageable de prévoir un angle différent de 90° entre ces deux directions.
L'interrupteur à vide 1, la pièce d'alésage 8, le piston 4A et les moyens d'étanchéité 17, sont de même type que les éléments correspondants sur la figure 1. Préférablement, le joint torique qui constitue les moyens d'étanchéité 17 n'est pas en contact avec la partie électriquement conductrice 4A2 en forme de douille du piston 4A, et est disposé dans un logement de la pièce qui forme l'alésage 8 de façon à être en appui permanent contre un élément annulaire 27 monté avec étanchéité sur cette partie 4A2. L'élément annulaire 27 n'est pas nécessairement électriquement conducteur, et est prévu pour pouvoir être déplacé en appui contre le joint torique sans affecter de façon notable la qualité de l'étanchéité. Le taux de fuite du fluide isolant gazeux G₂ vers le volume V₁ de fluide isolant gazeux G₁ peut ainsi être maintenu à un niveau très faible sur une année d'exploitation du disjoncteur hybride.
Idéalement, il sera recherché pour la quantité de gaz G₂ fuyant vers le volume V₁ une valeur moyenne dans le temps sensiblement égale à la perte du gaz G₁ depuis le volume V₁ vers l'extérieur de l'enveloppe isolante 11. De cette façon, si les gaz G₁ et G₂ sont de même nature ou ont des propriétés diélectriques similaires, la pression P₁ de gaz dans l'enveloppe 11 peut être maintenue dans une fourchette de valeurs extrêmes admissibles [P_1min, P_1max] pour conserver la tenue diélectrique entre les deux pôles de l'interrupteur à vide 1 tout en n'excédant pas une valeur maximale critique pour la structure mécanique de l'interrupteur. Par sécurité, un dispositif de mesure de la pression P₁ pourra être prévu notamment pour contrôler que cette pression reste supérieure à la limite basse P_1min et empêcher le déclenchement du disjoncteur hybride si P₁ descend sous cette limite. Inversement, en cas de dépassement de la valeur maximale critique P_1max, il pourra être prévu un dispositif de sécurité constitué par exemple d'une soupape 23 à ressort précontraint. Une telle soupape, pouvant être installée par exemple dans une ouverture du disque métallique 22 qui porte le contact fixe 6 de l'interrupteur à vide 1 et qui ferme l'enveloppe 11, est prévue pour s'ouvrir légèrement afin de permettre un dégagement vers l'atmosphère d'une petite quantité du gaz G₁ en surpression par rapport à la valeur maximale critique. Bien entendu, cette solution suppose que le gaz G₁ ne présente pas de danger pour l'atmosphère, et il est dans ce cas avantageux d'utiliser de l'azote pur.
La différence des pressions respectives P₂ et P₁ des deux fluides isolants gazeux G₂ et G₁ procure une certaine force Fp qui est appliquée sur l'arbre auxiliaire 4 et qui assure ici à elle seule toute la force de pression de contact F_c, de la même façon que pour le dispositif de la figure 1. Cette force Fp est proportionnelle au carré du diamètre D du piston.
De façon analogue à l'ensemble de commutation représenté sur la figure 1, le carter métallique 7 est ouvert du côté de l'interrupteur à gaz 10 pour être assemblé de façon étanche avec une extrémité d'une enveloppe isolante non représentée qui renferme la chambre de coupure de l'interrupteur à gaz. Le carter 7 constitue un des deux pôles de l'interrupteur à gaz 10 en étant électriquement relié à l'équipage de contacts mobiles, non représenté, de cet interrupteur. La partie conductrice 4A2 du piston 4A reste en contact électrique avec l'alésage 8 grâce à des contacts glissants 9. Le disjoncteur hybride ainsi constitué est de type à isolation dans l'air de même que le dispositif de la figure 1.
Les moyens de couplage 3 entre l'arbre principal 2 et l'arbre auxiliaire 4 comprennent une came 30 qui est solidaire en translation de l'arbre principal 2 et qui peut être formée par un tronçon 2A de cet arbre 2 comme représenté sur la figure. La surface de la came 30 est agencée pour permettre le guidage d'un élément de roulement ou roulette 31 qui est solidaire en mouvement de l'arbre auxiliaire 4. L'axe de cette roulette est monté sur un palier porté par un berceau 4A3 qui constitue une partie de l'arbre auxiliaire 4. Ce berceau est fixé sur une partie 4A1 insérée dans la partie électriquement conductrice 4A2 du piston 4A, cette partie 4A1 n'étant pas nécessairement conductrice puisque la conduction électrique entre l'alésage 8 et le contact mobile 5 de l'interrupteur à vide est assurée par la partie 4A2. Une partie d'extrémité 4B du berceau 4A3 de l'arbre auxiliaire 4 est apte à coulisser en translation dans un élément de guidage 13 qui est fixé sur une face 7B du carter 7, cette face étant opposée à la face qui constitue la paroi 7A traversée par le piston 4A de l'arbre auxiliaire.
Ainsi, lors d'un déclenchement du disjoncteur hybride pour interrompre le courant, l'entraînement en translation de l'arbre principal 2 selon l'axe X permet, après une course morte déterminée, d'entraîner en translation l'arbre auxiliaire 4 selon l'axe Y jusqu'à la séparation complète des contacts 5 et 6 de l'interrupteur à vide comme représenté sur la figure 4. La course morte de l'arbre principal 2 est définie ici comme la distance à parcourir par l'arbre, et donc aussi à parcourir par le contact d'arc mobile de l'interrupteur à gaz, pour que la came 30 vienne en contact avec la roulette 31 depuis l'état fermé du disjoncteur. Il est bien connu qu'une telle course morte est généralement nécessaire dans un disjoncteur hybride, afin que les contacts d'arc de l'interrupteur à gaz se séparent avec une certaine vitesse relative sensiblement à l'instant où débute la séparation des contacts de l'interrupteur à vide. La course morte est aussi appelée parfois la distance de mise en vitesse relative des contacts d'arc de l'interrupteur à gaz, et correspond typiquement à la distance de recouvrement mutuel des deux contacts d'arcs de l'interrupteur dans une configuration de contacts dits à tulipe.
Le couplage par came et roulette utilisé ici entre l'arbre principal 2 et l'arbre auxiliaire 4 met en oeuvre un principe bien connu dans le domaine des mécanismes de renvoi de mouvement. Un tel couplage est par ailleurs utilisé depuis longtemps pour des systèmes de commande coordonnée de plusieurs commutateurs électriques dont un interrupteur à vide. En particulier, le document de brevet EP0132083 montre un dispositif permettant d'actionner un interrupteur à vide et un sectionneur à partir d'un arbre de manoeuvre du contact mobile du sectionneur déplacé en translation par une commande unique. Une came solidaire en translation de cet arbre est couplée à une roulette solidaire en translation du contact mobile de l'interrupteur à vide, cet interrupteur étant disposé perpendiculairement à l'arbre. Un ressort de pression de contact applique en permanence une poussée sur le contact mobile de l'interrupteur à vide, permettant d'obtenir la pression de contact nécessaire dans l'interrupteur en position fermée.
Les moyens de couplage 3 utilisés dans le présent dispositif de commande sont donc analogues à ceux décrits dans EP0132083 . On peut noter que l'invention permet ici de se passer avantageusement du ressort de pression de contact indispensable dans un dispositif de commande classique, ou permet en tout cas de diminuer la force à exercer par un dispositif à ressort mécanique comme montré par la suite aux commentaires des figures 8 et 9. Préférablement, dans le présent dispositif de commande selon l'invention, la roulette 31 et l'arbre principal 2 sont agencés de façon à ce qu'un faible jeu existe entre ces deux éléments dans l'état fermé du disjoncteur hybride représenté sur la figure 3, et aussi durant le parcours de la course morte par l'arbre principal lors d'un déclenchement du disjoncteur. En effet, durant l'exploitation du disjoncteur hybride, il est connu que les contacts de l'interrupteur à vide peuvent s'éroder sous l'action d'arcs électriques lors de leur séparation et entraîner ainsi au fil du temps un léger rapprochement du contact mobile vers le contact fixe dans l'état fermé de l'interrupteur. Le faible jeu mentionné ci-dessus est prévu pour autoriser ce léger rapprochement, ce qui permet aussi qu'aucune contrainte causée par la force de pression de contact sur l'arbre auxiliaire 4 ne soit appliquée sur l'arbre principal 2 dans l'état fermé du disjoncteur hybride.
La hauteur de la came 30 selon la direction de l'axe Y de translation de l'arbre auxiliaire 4 est prévue en fonction de l'écartement e souhaité pour les contacts 5 et 6 de l'interrupteur à vide, comme représenté sur la figure 4.
Sur la figure 4, le dispositif de commande de la figure 3 est représenté schématiquement dans la position d'ouverture de l'ensemble de commutation. Par souci de simplification, le dispositif facultatif de sécurité contre la surpression de gaz dans l'enveloppe isolante de l'interrupteur à vide 1 n'est pas représenté sur cette figure. A partir de l'état fermé du disjoncteur hybride représenté sur la figure 3, le déclenchement du disjoncteur est effectué par une translation de l'arbre principal 2 selon l'axe X vers la droite de la figure pour séparer les contacts d'arc de l'interrupteur à gaz 10. Après le parcours de la course morte par l'arbre principal 2, la partie principale 30A qui correspond à la pente dite d'ouverture de la came 30 vient en contact avec la roulette 31 pour entraîner en translation l'arbre auxiliaire 4 selon l'axe Y vers le bas de la figure. Le contact mobile 5 de l'interrupteur à vide adopte ainsi un profil de mouvement prédéterminé par la forme de la partie principale 30A. La translation de l'arbre auxiliaire 4 est achevée lorsque le parcours de la roulette 31 quitte la partie principale 30A de la came, c'est à dire lorsque la surface de la came sur laquelle appuie la roulette redevient parallèle à la direction de l'axe X. Il est ainsi possible de poursuivre l'éloignement mutuel des contacts d'arc de l'interrupteur à gaz après que les contacts 5 et 6 de l'interrupteur à vide 1 soient complètement séparés avec l'écartement e souhaité, ceci jusqu'à la fin de la fonction disjoncteur représentée sur la figure 4. On peut noter que durant l'ouverture de l'interrupteur à vide 1, le joint torique qui constitue les moyens d'étanchéité 17 reste en appui permanent contre l'élément annulaire 27 avec lequel il assure l'étanchéité au gaz du piston 4A.
Dans la position de fin de la fonction disjoncteur représentée sur la figure 4, la roulette 31 est en appui contre la came 30 en exerçant sur celle-ci une force égale à la force Fp procurée par la différence des pressions respectives des deux gaz de part et d'autre du piston 4A. L'arbre principal 2 et sa came 30 assurent ainsi un rôle de verrouillage du contact mobile 5 de l'interrupteur à vide dans sa position d'ouverture.
Sur la figure 5 est représenté schématiquement un dispositif de commande analogue à celui de la figure 3, dans lequel l'interrupteur à vide est refermé après la fin de la fonction disjoncteur assurée par l'interrupteur à gaz. La course supplémentaire effectuée ici par l'arbre principal 2 après la fin de la fonction disjoncteur peut permettre à l'ensemble de commutation d'assurer une fonction de sectionneur en supplément de la fonction disjoncteur, du fait que les contacts d'arc de l'interrupteur à gaz peuvent être suffisamment éloignés entre eux pour assurer une distance de sectionnement dans le fluide isolant gazeux G₂ de l'interrupteur. Le tronçon 2A de l'arbre principal 2 sur lequel est formé la came 30 est allongé par rapport au dessin de la came du dispositif des figures 3 et 4, pour permettre de ménager sur la came une partie secondaire 30B avec une pente dite de refermeture. Cette pente de refermeture est inclinée en sens inverse de la pente d'ouverture de la partie principale 30A de la came.
Lors de la course supplémentaire effectuée par l'arbre principal 2, le profil de pente de la partie secondaire 30B permet à la roulette 31 et donc à l'arbre auxiliaire 4 de se rapprocher du contact fixe de l'interrupteur à vide pour que le contact mobile vienne appuyer sur ce contact fixe avec une vitesse instantanée quasiment nulle au moment de l'impact. La même force de pression de contact que celle correspondant à l'état fermé du disjoncteur hybride est appliquée sur le contact mobile de l'interrupteur à vide après sa refermeture. La refermeture permet d'éviter que les parties électriquement reliées au contact mobile de l'interrupteur à vide soient à un potentiel flottant lorsque le disjoncteur -sectionneur hybride est en position de sectionnement, car un tel potentiel flottant pourrait endommager l'interrupteur à vide dans certaines configurations de la ligne qui est sectionnée par l'ensemble de commutation.
Sur la figure 6 est représenté schématiquement un dispositif de commande analogue à celui de la figure 5, dans une application pour un ensemble de commutation blindé. On peut noter que dans ce type d'application, le carter 7 qui est au potentiel de la haute tension en exploitation doit être électriquement isolé de l'enveloppe métallique étanche 42 qui constitue la cuve blindée de l'ensemble de commutation. Du fait que cette cuve étanche renferme le fluide isolant gazeux G₂ du disjoncteur à gaz à une certaine pression P₂, il n'est pas indispensable que le carter 7 soit lui aussi étanche au gaz, sauf à prévoir par exemple une pression de gaz plus élevée dans le carter que dans l'espace restant entre ce carter et la cuve. Dans la présente application, le carter 7 est ouvert, et a le même rôle de conducteur électrique et de support mécanique que dans les dispositifs de commande selon l'invention montrés précédemment pour des ensembles de commutation à isolation dans l'air.
L'arbre principal 2 et sa came 30 sont prévus pour permettre à l'ensemble de commutation d'assurer une fonction de sectionneur en supplément de la fonction disjoncteur. Facultativement, une partie conductrice de l'arbre principal 2 est électriquement reliée au carter 7 par des contacts glissants et est munie à son extrémité extérieure au carter d'un plot 2B sur lequel est articulée une bielle isolante qui forme une partie 2C de l'arbre 2 et qui traverse avec étanchéité la cuve 42 de l'ensemble blindé pour être reliée à un mécanisme de commande non représenté. Le plot 2B est agencé pour venir en contact électrique avec une borne 43 fixée à la cuve 42 et traversée par la bielle isolante 2C de l'arbre 2, grâce à une course supplémentaire de l'arbre 2 après la fin de la fonction sectionneur. Le carter 7 est ainsi mis au potentiel à la terre de la cuve 42, par l'intermédiaire de la partie conductrice de l'arbre principal 2. Ceci permet de mettre à la terre la ligne blindée qui est raccordée au contact fixe de l'interrupteur à vide, puisque cet interrupteur a été refermé à la fin de la fonction disjoncteur et que par conséquent son contact fixe est électriquement relié au carter 7. Le conducteur central 50 de la ligne blindée est ici immergé dans le gaz G₁ qui entoure la chambre étanche de l'interrupteur à vide et dont la pression P₁ est inférieure à la pression P₂ du gaz G₂ qui entoure l'interrupteur à gaz. L'ensemble de commutation ainsi réalisé est un disjoncteur -sectionneur hybride blindé qui peut assurer une fonction supplémentaire de mise à la terre d'un côté de la ligne.
La figure 7 représente schématiquement un autre dispositif de commande selon l'invention, représenté dans l'état fermé de l'ensemble de commutation. L'arbre auxiliaire 4 est identique à celui du dispositif de commande de la figure 3. Il porte de la même façon une roulette 31 prévue pour être déplacée par une came, et est de même apte à coulisser en translation dans un élément de guidage 13 fixé sur le carter 7. Les moyens de couplage entre l'arbre principal 2 et l'arbre auxiliaire 4 utilisent ici une came rotative 14' pour agir sur la roulette 31 . L'arbre de rotation 48 de la came 14' est monté sur des paliers fixés au carter 7, et est solidaire en rotation d'une roue 32 qui comprend une denture circulaire engrenant avec une crémaillère 21 portée par l'arbre principal 2. Ainsi, une translation de l'arbre principal provoque la rotation de la came 14' dont le profil est prévu pour agir sur la roulette 31 après une certaine course morte de l'arbre principal, de façon coordonnée avec la séparation des contacts de l'interrupteur à gaz.
Le milieu diélectrique autour de la chambre étanche de l'interrupteur à vide est constitué ici par un matériau diélectrique 28 surmoulé autour de cette chambre et contenu dans une enveloppe isolante 11. De façon connue, l'enveloppe isolante 11 pourrait aussi bien être constituée par le matériau diélectrique 28 surmoulé si ce matériau présente une rigidité mécanique suffisante et résiste aux intempéries. Seul un petit volume V₁ de fluide gazeux G₁ est adjacent à la chambre étanche de l'interrupteur à vide, entre le flasque de la chambre traversé par le contact mobile de l'interrupteur et la pièce d'alésage 8 dans laquelle peut coulisser le piston 4A de l'arbre auxiliaire 4. Le gaz G₁ n'est pas nécessairement isolant, puisqu'il n'a pas de rôle d'isolation diélectrique à assurer entre les pôles de l'interrupteur à vide, et il n'est pas nécessaire de contrôler la pression de ce gaz puisque une éventuelle fuite n'aurait pas de conséquences sur l'isolation diélectrique entre les pôles.
Des moyens d'étanchéité 26 sont prévus ici pour empêcher toute communication entre le volume V₁ et l'atmosphère extérieure, et le gaz G₁ est rempli à une pression supérieure à la pression atmosphérique de façon à ce qu'une éventuelle fuite du volume V₁ s'effectue en sens unique vers l'atmosphère extérieure. Cette disposition a pour but de conserver un volume V₁ exempt notamment de l'humidité et des poussières de l'atmosphère extérieure. De préférence, le gaz G₁ est rempli en usine, lors du montage de l'ensemble de commutation, à une pression par exemple de l'ordre de deux fois la pression atmosphérique et qui correspond à la pression de remplissage provisoire du gaz G₂ dans le carter 7 pour le transport en sécurité de l'ensemble de commutation avant le remplissage définitif sur site pour l'exploitation. Il n'est donc pas nécessaire de remplir ni de contrôler le volume V₁ après que l'ensemble de commutation soit sorti d'usine, ce qui est appréciable pour l'exploitant. On peut noter que les moyens d'étanchéité 26 ne sont pas indispensables, car il serait acceptable que le volume V₁ soit rempli d'air en communication avec l'atmosphère extérieure si le flasque qui est traversé par le contact mobile de l'interrupteur à vide est prévu pour fonctionner dans une telle configuration.
La pièce d'alésage 8 comporte un orifice radial 24, qui fait communiquer l'atmosphère extérieure avec un espace interstitiel entre le piston 4A et l'alésage 8 et qui débouche dans cet espace interstitiel entre les moyens d'étanchéité 17 et l'interrupteur à vide, de façon à ce qu'une éventuelle fuite du gaz G₂ du volume V₂ du carter 7 à travers les moyens d'étanchéité 17 soit évacuée vers l'atmosphère extérieure. Ainsi, une telle fuite du gaz G₂ ne provoquerait pas une augmentation de la pression de gaz dans le volume V₁, et il est donc inutile d'installer entre ce volume et l'atmosphère extérieure un dispositif de sécurité tel une soupape d'évacuation de surpression comme la soupape 23 du dispositif de la figure 3. L'orifice radial 24 constitue en lui-même une évacuation de sécurité en cas de fuite du gaz G₂ à travers les moyens d'étanchéité 17.
Les figures 7a et 7b représentent très schématiquement le principe de manoeuvre du contact mobile de l'interrupteur à vide grâce à la came tournante 14'. La figure 7a reproduit la configuration de la figure 7, dans laquelle les contacts de l'interrupteur à vide 1 sont fermés. En pratique, on peut noter qu'un faible jeu est nécessaire entre la surface de roulement de la roulette 31 et la surface de la portion en arc de cercle de la came 14' qui correspond au parcours de la course morte.
La figure 7b correspond à la configuration de la figure 7 après un déclenchement du disjoncteur hybride et au moment où les contacts de l'interrupteur à vide sont complètement séparés avec l'écartement e souhaité. La came a effectué ici une rotation de presque 180°, qui peut être poursuivie tout en maintenant l'écartement e. On peut noter que le profil de la came permettrait une refermeture de l'interrupteur à vide par une course supplémentaire de l'arbre principal 2 et à condition bien sûr que la crémaillère 21 ait une longueur suffisante.
Le couplage par une came rotative permet un résultat analogue à celui procuré par un couplage utilisant une came en translation comme dans le dispositif de commande de la figure 3. Le dispositif de commande de la figure 7 peut présenter comme avantages d'une part de pouvoir diminuer la vitesse relative d'impact entre les surfaces respectives de la came 14'et de la roulette 31 à la fin de la course morte, et d'autre part de réduire fortement les efforts transversaux exercés sur l'arbre principal 2, ce qui permet notamment de limiter l'usure des éléments de guidage longitudinal de l'arbre. Toutefois, un tel couplage est plus coûteux à réaliser qu'un couplage utilisant une came en translation.
Le dispositif de commande représenté schématiquement sur la figure 8 constitue un perfectionnement du dispositif de commande de la figure 3. Des moyens mécaniques de compression élastique sont en effet ajoutés pour renforcer la pression de contact en position fermée de passage du courant dans l'ensemble de commutation. Ces moyens de compression élastique comprennent un ressort 35 qui est monté précontraint sur l'arbre auxiliaire 4 selon la direction de l'axe Y de l'arbre. Ce ressort 35 a une extrémité qui est en appui contre un élément poussoir 34 logé dans un organe de butée 34' fixé au berceau 4A3 de l'arbre 4, et a une autre extrémité qui est en appui contre le piston 4A de l'arbre. Cet élément poussoir 34 est apte à être rapproché de l'autre extrémité du ressort 35, en se décollant de sa position de butée maintenue par l'organe 34', lorsqu'une compression de faible amplitude du ressort 35 est effectuée sous l'action d'un doigt 33 qui est fixé à l'arbre principal 2 et qui est ici prévu pour pouvoir glisser en appui contre l'élément poussoir 34.
Une telle compression du ressort 35 permet d'appliquer sur l'arbre auxiliaire 4 une force qui s'ajoute à la force de pression différentielle Fp procurée par la différence des pressions respectives des deux fluides isolants gazeux, et qui vient renforcer la force de pression de contact F_c dans la position de fermeture de l'ensemble de commutation, c'est à dire la position de fermeture de l'appareil de commutation dans le gaz. Une telle configuration peut être avantageuse si la force Fp s'avère insuffisante pour assurer à elle seule la force de pression de contact F_c nécessaire pour résister aux efforts électrodynamiques tendant à écarter les contacts de l'interrupteur à vide dans le cas d'un courant de court-circuit. Cette configuration peut en effet être préférée à l'alternative qui consisterait à augmenter le diamètre du piston 4A pour augmenter la force de pression différentielle, car elle permet de conserver une valeur minimale de force de pression de contact même en cas de fuite de gaz importante depuis le volume de l'interrupteur à gaz. Une telle valeur minimale de force de pression de contact assurée par un ressort mécanique permettrait de pouvoir maintenir en exploitation l'ensemble de commutation dans sa position de fermeture pour faire transiter un courant nominal, ceci même dans l'hypothèse très peu probable où le volume de l'interrupteur à gaz serait ramené à la pression atmosphérique suite à une fuite de gaz très importante. Il n'y aurait ainsi pas de répulsion (avec séparation) des contacts de l'interrupteur à vide et d'amorçages d'arcs entre les contacts, dès lors que ladite valeur minimale de force de pression de contact excède la valeur minimale requise pour un courant nominal spécifié.
Ainsi, l'adjonction d'un système à ressort mécanique pour renforcer la pression de contact dans un dispositif de commande selon l'invention peut constituer une sécurité appréciable en terme de sûreté et de continuité d'exploitation de l'ensemble de commutation muni du dispositif de commande. D'autres configurations que celle du dispositif de la figure 8 pour de tels systèmes complémentaires à ressorts mécaniques peuvent être envisagées, et l'énergie mécanique du ou des ressorts peut être mise à contribution pour participer au travail de séparation complète des contacts de l'interrupteur à vide, comme montré dans ce qui suit.
Un système complémentaire à ressorts mécaniques est représenté schématiquement sur la figure 9, permettant une amélioration du mécanisme d'actionnement du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide tel que représenté sur la figure 3. Ce système complémentaire possède des moyens mécaniques de compression élastique qui comprennent deux ressorts 36 et 37 agissant chacun sur un bras pivotant dont une extrémité comporte une roulette agencée pour appuyer contre une surface de roulement profilée sur le berceau 4A3 de l'arbre auxiliaire 4, du côté de l'extrémité 4B de l'arbre 4 qui peut coulisser en translation dans un élément de guidage 13' fixé au carter.
Ce système complémentaire à ressorts est représenté en agrandissement sur la figure 9a. Les deux bras pivotants 38 et 39 portent chacun une roulette respectivement 40 et 41. Les deux surfaces de roulement profilées sur le berceau 4A3 sont ici symétriques, de même que les dispositions des ressorts 36 et 37 et des bras pivotants. Dans la position de fermeture de l'ensemble de commutation, la force résultante F_r exercée par le système à ressorts est dirigée selon l'axe Y de l'arbre auxiliaire 4, du fait de la symétrie de la disposition du système par rapport à cet axe. Le profil des surfaces de roulement sur le berceau 4A3 est prévu pour que la force résultante F_r soit dirigée dans le même sens que la force de pression différentielle F_p, participant ainsi à la force de pression de contact F_c qui est égale à la somme Fp+ F_r. Ce profil est aussi prévu pour que la force F_r change de sens selon l'axe Y, lors d'un déplacement de l'arbre auxiliaire 4 consécutif à une manoeuvre de l'arbre principal 2 pour l'ouverture ou la fermeture de l'ensemble de commutation.
Le changement de sens de la force F_r est visible sur la figure 9b qui représente le mécanisme d'actionnement dans la position d'ouverture de l'ensemble de commutation en fin de fonction disjoncteur. Chaque surface de roulement présente un profil avec un bossage latéral, si bien que la composante projetée sur l'axe Y de la force exercée par un ressort 36 ou 37 sur l'arbre auxiliaire 4 s'annule pour changer de sens lorsque le point de contact entre une roulette 40 ou 41 et la surface de roulement passe le sommet du bossage latéral. Le sommet d'un tel bossage est défini comme la zone du bossage la plus éloignée de l'axe Y. Ainsi, lorsque la roulette 31 portée par l'arbre auxiliaire 4 parcourt la partie principale 30A de la came 30 en provoquant le déplacement de l'arbre, lors d'une ouverture ou d'une fermeture de l'ensemble de commutation, la force F_r diminue en valeur absolue pour s'annuler et changer de sens.
Au cours de l'ouverture de l'ensemble de commutation, la force F_r change de sens pour s'opposer à la force de pression différentielle Fp. On peut noter qu'un tel changement de sens permet de diminuer quelque peu le travail à exercer par le mécanisme de commande de l'arbre principal 2 pour l'ouverture complète. Il est entendu que les énergies des ressorts ainsi que les profils des bossages latéraux sont prévus pour que la force F_r reste inférieure à Fp en valeur absolue, de façon à ce que l'arbre auxiliaire 4 soit toujours soumis à une force résultante égale à la somme des forces mécaniques et pneumatiques qui soit dirigée vers l'interrupteur à vide pour permettre une fermeture (ou une refermeture) des contacts de l'interrupteur.
Sur la figure 9c est représenté schématiquement un autre mécanisme d'actionnement amélioré du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide. Le résultat est analogue à celui procuré par le mécanisme d'actionnement de la figure 9, et permet dans une moindre mesure d'augmenter la pression de contact dans cet appareil sans augmenter l'énergie de manoeuvre nécessaire pour le dispositif de commande. Les deux ressorts identiques 36 et 37, disposés de façon symétrique par rapport à l'axe Y, ont chacun une première extrémité articulée en rotation sur un support fixe, et une seconde extrémité articulée en rotation sur l'arbre auxiliaire. Le changement de sens de la force F_r s'effectue lorsque les deux ressorts sont simultanément orientés selon une même direction perpendiculaire à l'axe Y de l'arbre auxiliaire, ce qui se produit en pratique lorsque l'arbre a parcouru la plupart de la course e pour l'écartement souhaité des contacts de l'interrupteur à vide.
Sur la figure 9d est représenté schématiquement un autre mécanisme d'actionnement amélioré du contact mobile de l'appareil de commutation dans le vide, qui combine avantageusement les deux solutions précédentes. Le berceau 4A3 de l'arbre auxiliaire 4 comporte une seule surface de roulement profilée sur laquelle vient appuyer une roulette montée à une extrémité d'un bras pivotant. De même que pour la solution décrite en référence aux figures 9, 9a et 9b, une extrémité d'un ressort 37 agit sur ce bras pivotant, et le profil de la surface de roulement présente un bossage latéral prévu pour que la composante projetée sur l'axe Y de la force exercée par le ressort 37 sur l'arbre auxiliaire 4 puisse s'annuler pour changer de sens. Le berceau 4A3 comporte aussi une articulation pivotante attachée à une extrémité d'un autre ressort 36 comme dans la solution décrite en référence à la figure 9c. Le ressort 36 a une énergie moindre que celle du ressort 37, et la force résultante F_r exercée par les deux ressorts sur l'arbre 4 a une composante F_rX qui est orientée vers l'interrupteur à gaz, selon l'axe de translation X de l'arbre principal 2.
Cette orientation de la composante F_rX permet de diminuer les efforts instantanés au niveau de la surface de contact 13'A entre l'extrémité 4B de l'arbre 4 et l'élément de guidage 13' fixé au carter 7. Ces efforts instantanés sont en effet relativement importants lorsque la came 30 entre en contact avec la roulette 31 lors d'une manoeuvre d'ouverture de l'ensemble de commutation, du fait de la vitesse instantanée de plusieurs mètres par seconde pour la translation de l'arbre principal 2, et à fortiori si la pente d'ouverture de la partie principale 30A de la came 30 est relativement prononcée. On peut noter que la présence du ressort pivotant 36 n'est pas indispensable, et a principalement pour rôle de renforcer si nécessaire la composante F_rY de la force résultante F_r selon l'axe Y tout en diminuant la composante F_rX.
Sur la figure 10 est représentée schématiquement une alternative de réalisation des moyens d'étanchéité au fluide isolant gazeux G₂ de l'interrupteur à gaz et dont la pression P₂ est utilisée pour le fonctionnement d'un dispositif de commande selon l'invention. Il n'est pas prévu de moyens d'étanchéité au gaz dans l'espace interstitiel 49 entre le piston 4A' et la pièce d'alésage 8' qui porte les contacts glissants 9. Le piston a essentiellement un rôle de guidage mécanique de l'arbre auxiliaire 4 et de conduction électrique entre le contact mobile de l'interrupteur à vide et une plaque conductrice 20 électriquement relié à un pôle de l'interrupteur à gaz, cette plaque 20 pouvant constituer une face d'un carter métallique tel que référencé 7 dans les réalisations précédentes. L'interrupteur à vide est entouré d'un gaz G₁ qui est réparti des deux côtés du piston 4A' avec sensiblement la même pression P₁. Le piston 4A' peut comporter un passage formé par un petit canal 25, mais un tel canal n'est normalement pas nécessaire car un équilibrage même relativement lent de la pression du gaz G₁ entre les deux côtés du piston s'effectue par l'espace interstitiel 49 non étanche au gaz. De préférence, un dispositif 45 de mesure de la pression P₁ est prévu notamment pour contrôler que cette pression reste supérieure à la limite basse P_1min.
La paroi 7' qui sépare les deux fluides isolants gazeux G₁ et G₂ est scellée avec étanchéité à la plaque conductrice 20, et présente une zone flexible au centre de laquelle est prévue une ouverture qui est traversée avec étanchéité par l'arbre auxiliaire 4. Cette paroi 7' se présente comme un soufflet d'étanchéité, et peut être réalisée à partir d'un métal prévu pour offrir une flexibilité et une résistance mécanique suffisantes. Elle a de préférence la forme d'un disque ouvert en son centre pour le passage de l'arbre 4. Son diamètre peut être bien supérieur au diamètre du piston 4A', ce dernier pouvant par ailleurs être diminué tant que la section de conduction électrique par les contacts glissants 9 reste en adéquation avec le courant à faire transiter par l'ensemble de commutation. En augmentant le diamètre de la paroi 7', il est possible d'obtenir une force de pression différentielle Fp supérieure à celle qui serait obtenue par un dispositif de commande à piston étanche tel que représenté par exemple sur la figure 3, cette comparaison s'entendant pour des masses mobiles sensiblement égales entre les deux dispositifs de commande. En outre, étant donné que dans une solution de type à soufflet d'étanchéité, il n'y a pas de surface mobile relativement à un joint d'étanchéité, il est possible d'obtenir une très bonne étanchéité au niveau du raccordement étanche entre le soufflet et un ensemble mobile tel que constitué ici par l'arbre auxiliaire 4.
Le taux de fuite du gaz G₂ à la pression P₂ vers le volume V₁ du gaz G₁ à la pression P₁ est normalement négligeable, et la quantité de gaz G₂ passant dans ce volume V₁ sera normalement toujours inférieure à la quantité de gaz G₁ pouvant fuir de ce volume vers l'extérieur de l'enveloppe isolante 11. Il n'y a donc en principe pas de risque que la pression P₁ augmente jusqu'à dépasser la valeur maximale P_1max critique pour la structure mécanique de l'interrupteur à vide, et il n'est à priori pas nécessaire de prévoir un dispositif de sécurité tel une soupape pour l'évacuation du gaz G₁ en surpression. Toutefois, pour une sécurité absolue, il peut être prévu entre le volume V₁ et l'atmosphère extérieure un dispositif économique d'évacuation de gaz, constitué d'un disque de rupture 46 aussi appelé parfois disque frangible et prévu pour rompre lorsque la différence de pression de gaz entre les deux côtés du disque dépasse une valeur de rupture déterminée. Ce disque de rupture 46 est monté ici sur une pièce annulaire métallique 44 qui relie électriquement la pièce d'alésage 8' à la plaque conductrice 20, et qui participe aussi à l'étanchéité entre le volume V₁ et l'atmosphère extérieure.
Une variante de réalisation du dispositif de commande précédent de la figure 10 est représentée schématiquement sur la figure 11. Cette variante comporte un espace de sécurité à la pression atmosphérique qui fonctionne sur le principe de sécurité utilisé dans le dispositif de commande de la figure 7. En effet, dans le cas où la paroi 7', qui a un rôle notamment de soufflet d'étanchéité vis à vis du gaz G₂ de l'interrupteur à gaz, n'assurerait pas une étanchéité parfaite, toute fuite du gaz G₂ à travers ce soufflet serait évacuée vers l'atmosphère extérieure via un canal 24. Le volume V₁ qui est compris entre la paroi 7' et le piston 4A de l'arbre auxiliaire communique avec l'atmosphère extérieure par le canal 24, et le gaz G₁ contenu dans ce volume V₁ est donc ici de l'air atmosphérique.
De même que pour l'ensemble de commutation de la figure 7, un matériau diélectrique 28 est surmoulé autour de la chambre étanche de l'interrupteur à vide. Le gaz G₀ du volume V₀ compris entre le matériau 28 et le piston 4A est analogue au gaz G₁ utilisé pour le dispositif de la figure 7, et ce qui a été dit précédemment en rapport avec ce gaz reste valable pour la présente configuration. Le piston 4A n'a pas de rôle ici pour générer la force de pression de contact nécessaire dans l'interrupteur à vide. Au contraire, étant donné que le gaz G₀ est à une pression de préférence supérieure à la pression atmosphérique, la pression différentielle entre les deux côtés du piston génère une force qui a tendance à s'opposer (tout en restant de beaucoup inférieure) à la force de pression différentielle générée par le gaz G₂ sur la paroi flexible 7'. Préférablement, le diamètre du piston 4A sera prévu aussi petit que possible, à condition que la section de conduction électrique par les contacts glissants 9 reste suffisante. On peut noter que les moyens d'étanchéité 26 et l'élément annulaire d'étanchéité 27 ne sont pas forcément indispensables et que le gaz G₀ pourrait alors être de l'air atmosphérique, comme expliqué précédemment en rapport avec le dispositif de la figure 7.
Les dispositifs de commandes qui ont été décrits dans ce qui précède ont été montrés dans des applications à des ensembles de commutation comportant à chaque fois un interrupteur à vide associé à un interrupteur à gaz. Toutefois, il est entendu qu'un dispositif de commande selon l'invention peut être appliqué à ensemble de commutation dont un premier et/ou un second appareil de commutation serait constitué de plusieurs interrupteurs arrangés électriquement en série ou en parallèle. Par exemple, il est connu qu'un ensemble de commutation peut comprendre un appareil de commutation dans le vide constitué de plusieurs interrupteurs à vide montés en parallèle avec leurs contacts mobiles solidaires en mouvement en étant reliés à un même arbre auxiliaire déplaçable en translation.

Claims

Dispositif de commande pour l'actionnement coordonné d'au moins deux appareils de commutation qui sont électriquement reliés en série pour constituer un ensemble de commutation dont un premier appareil de commutation (1) dans le vide comporte une paire de contacts (5, 6) séparables pour la commutation entre une position de fermeture et une position d'ouverture, comportant un arbre principal (2) de manoeuvre pour actionner un second appareil de commutation (10) immergé dans un fluide isolant (G₂) gazeux contenu dans un certain volume (V₂) à une pression (P₂) déterminée, comportant en outre un arbre auxiliaire (4) apte à être déplacé par des moyens de couplage (3) pour permettre la manoeuvre d'un contact mobile (5) du premier appareil de commutation (1) lors d'un déplacement dudit arbre principal (2), ledit contact mobile (5) étant maintenu en appui contre l'autre contact (6) dudit premier appareil (1), dans la position de fermeture de cet appareil, par une force (F_C) prévue pour produire une pression de contact supérieure à une valeur déterminée, caractérisé en ce que ledit arbre auxiliaire (4) traverse avec étanchéité une paroi (7A, 7') qui sépare ledit volume (V₂) de fluide isolant (G₂) gazeux d'un autre volume (V1) de fluide (G₁) à une pression (P₁) inférieure, la différence des pressions respectives (P₂, P₁) des deux fluides (G₂, G₁) procurant une certaine force (F_p) qui est appliquée sur ledit arbre auxiliaire (4) et qui participe à ladite force de pression de contact (F_C).
Dispositif de commande selon la revendication 1, dans lequel une partie dudit arbre auxiliaire (4) est constituée d'un piston (4A) apte à être déplacé à l'intérieur d'un alésage (8) formé par une pièce qui est montée de façon étanche sur une ouverture de ladite paroi (7A), des moyens d'étanchéité (17) audit fluide isolant (G₂) gazeux étant agencés entre ledit piston (4A) et ledit alésage (8).
Dispositif de commande selon la revendication 2, dans lequel ladite paroi (7A) et ledit alésage (8) constituent un assemblage conducteur électriquement relié à un pôle du second appareil de commutation (10), ledit piston (4A) comporte au moins une partie (4A2) conductrice électriquement raccordée au contact mobile (5) du premier appareil de commutation (1), et des contacts glissants (9) sont disposés entre ledit alésage (8) et ladite partie (4A2) conductrice du piston.
Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite paroi (7A) est constituée par une face d'un carter (7) qui renferme au moins une partie dudit volume (V₂) de fluide isolant (G₂) gazeux et dans lequel sont disposés lesdits moyens de couplage (3).
Dispositif de commande selon la revendication 4, dans lequel l'arbre auxiliaire (4) possède une partie d'extrémité (4B) apte à coulisser en translation dans un élément de guidage (13, 13') qui est fixé sur une face (7B) du carter (7) opposée à la face constituant ladite paroi (7A).
Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'arbre principal (2) possède un tronçon (2A) dont un côté présente une surface agencée pour former une came (30) de guidage d'un élément de roulement (31) qui est solidaire en mouvement de l'arbre auxiliaire (4).
Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdits moyens de couplage (3) comprennent des moyens mécaniques de compression élastique aptes à exercer une force sur ledit arbre auxiliaire (4) pour participer à ladite force de pression de contact (F_C) en complément de la force (Fp) procurée par la différence des pressions respectives (P₂, P₁) des deux fluides (G₂, G₁).
Dispositif de commande selon la revendication 7, dans lequel lesdits moyens de compression élastique comprennent un ressort (35) qui est monté sur l'arbre auxiliaire (4) et dont une extrémité est en appui contre un élément poussoir (34) apte à être comprimé sous l'action d'un doigt (33), ledit doigt étant fixé audit arbre principal (2) et agencé pour appuyer contre ledit élément poussoir (34) dans la position de fermeture du second appareil de commutation (10).
Dispositif de commande selon la revendication 7, dans lequel lesdits moyens de compression élastique comprennent au moins un ressort (36, 37), la force résultante (F_r) exercée par lesdits moyens de compression sur ledit arbre auxiliaire (4) étant prévue pour changer de sens selon la direction de l'axe de translation (Y) dudit arbre, lors d'un déplacement dudit arbre pour l'ouverture du premier appareil de commutation (1), tout en restant inférieure à la force (Fp) procurée par la différence des pressions respectives (P₂, P₁) des deux fluides (G₂, G₁).
Dispositif de commande selon la revendication 9, dans lequel ledit ressort (36, 37) agit sur un bras pivotant (38, 39) dont une extrémité comporte une roulette (40, 41) agencée pour appuyer contre une surface de roulement profilée sur ledit arbre auxiliaire (4).
Dispositif de commande selon l'une des revendications 9 et 10, dans lequel ladite force résultante (F_r) a une composante (F_rX) qui est orientée en permanence vers le second appareil de commutation (10) selon la direction de l'axe de translation (X) de l'arbre principal (2) de manoeuvre
Dispositif de commande selon la revendication 2, dans lequel ledit alésage (8) comporte un orifice radial (24) qui fait communiquer l'atmosphère extérieure avec un espace interstitiel entre le piston (4A) et l'alésage (8), ledit orifice radial (24) débouchant dans ledit espace interstitiel entre lesdits moyens d'étanchéité (17) et le premier appareil de commutation (1), de façon à ce qu'une éventuelle fuite de gaz (G₂) à travers les moyens d'étanchéité (17) soit évacuée vers l'atmosphère extérieure.
Dispositif de commande selon la revendication 1, dans lequel ladite paroi (7') est scellée à une plaque conductrice (20) électriquement relié à un pôle du second appareil de commutation (10) et présente une zone flexible au centre de laquelle est prévue une ouverture qui est traversée avec étanchéité par ledit arbre auxiliaire (4).
Dispositif de commande selon la revendication 13, dans lequel ledit arbre auxiliaire (4) comprend un piston (4A, 4A') apte à être déplacé à l'intérieur d'un alésage (8, 8') relié électriquement à ladite plaque conductrice (20), et dans lequel des contacts glissants (9) sont agencés entre ledit piston et ledit alésage.
Dispositif de commande selon la revendication 14, dans lequel des moyens d'étanchéité (26) sont agencés entre ledit piston (4A) et ledit alésage (8), et dans lequel ledit autre volume (V₁) est ménagé entre ledit piston (4A) et ladite paroi (7'), ce volume (V₁) étant en communication avec l'atmosphère extérieure pour être rempli d'air sensiblement à la pression atmosphérique.
Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 11 et 13 à 15, dans lequel ledit fluide (G₁) dudit autre volume (V₁) est un gaz et dans lequel un dispositif de sécurité constitué d'une soupape (23) ou d'un disque de rupture (46) permet d'évacuer du gaz (G₁) vers l'atmosphère extérieure au cas où la pression (P₁) de ce gaz dépasse une valeur critique.